Ditulis oleh Joe Christian Yuka

Dengan meningkatnya kebutuhan energi di kawasan perkotaan dan tuntutan untuk mengurangi ketergantungan bahan bakar fosil, pencarian sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan menjadi semakin mendesak. Menurut laporan International Energy Agency (IEA), sektor perkotaan menyumbang lebih dari 70% konsumsi energi global dan sekitar 75% emisi karbon, sehingga menjadikan kawasan perkotaan sebagai target utama untuk solusi energi terbarukan.1 Selain itu, saluran air drainase yang banyak ditemukan di kota-kota besar selama ini hanya berfungsi untuk mengalirkan air buangan hujan atau limbah langsung ke sungai atau laut, tanpa adanya pemanfaatan lebih lanjut yang dapat memberikan manfaat tambahan. Salah satu solusi yang menjanjikan adalah penerapan teknologi micro-hydro yang memanfaatkan aliran air di lingkungan perkotaan, seperti sungai kecil dan sistem drainase, untuk menghasilkan listrik. micro-hydro atau Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik berukuran kecil yang memanfaatkan energi air untuk menghasilkan sekitar 5 – 100 kW listrik.Teknologi micro-hydro dikenal memiliki efisiensi cukup tinggi dan dampak lingkungannya juga rendah, yang menjadikannya solusi ideal untuk memenuhi kebutuhan energi perkotaan.2

Inovasi sistem micro-hydro ini tidak hanya menghasilkan energi, tetapi juga berkontribusi pada pengelolaan air perkotaan yang lebih baik. Sistem ini dirancang untuk menyaring limpasan air perkotaan melalui tahap-tahapan tertentu, yang bertujuan menghilangkan sampah atau polutan dari air. Proses penyaringan ini memungkinkan aliran air yang lebih bersih untuk mengalir kembali ke lingkungan, sekaligus mencegah penumpukan sampah di saluran drainase. Sistem ini mampu mengatasi beberapa permasalahan sekaligus, seperti polusi air dan efisiensi drainase, yang sering menjadi masalah di perkotaan yang padat penduduk.

Inovasi sistem mikrohidro ini bertujuan untuk menyediakan sumber energi terbarukan yang dapat memenuhi kebutuhan penerangan jalan di kawasan perkotaan, sekaligus meningkatkan kualitas air melalui proses filtrasi. Dengan memanfaatkan aliran air drainase perkotaan, sistem ini tidak hanya mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, tetapi juga berkontribusi terhadap pengelolaan lingkungan yang lebih baik. Sistem ini sejalan dengan upaya untuk mencapai beberapa Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDGs) 6, 7, 11, dan 13 terkait akses air bersih, energi terbarukan, kota yang berkelanjutan, dan aksi iklim. Dengan menerapkan teknologi ramah lingkungan, inovasi ini memberikan solusi yang dapat diterapkan untuk menghadapi tantangan energi dan lingkungan di kota-kota besar.

Mengapa Mikro-Hydro?

Keunggulan utama dari sistem micro-hydro ini adalah kemampuannya untuk beroperasi tanpa menimbulkan polusi. Berbeda dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil, micro-hydro hanya memerlukan aliran air yang stabil untuk menjaga kinerja turbin.3 Energi yang dihasilkan dapat didistribusikan secara efisien dengan menggunakan trafo untuk menyesuaikan tegangan, sehingga dapat digunakan pada berbagai perangkat listrik, termasuk lampu jalan hemat energi berbasis LED.

Micro-hydro memiliki beberapa manfaat utama, yaitu membantu mengurangi ketergantungan pada sumber energi fosil, yang berdampak pada penurunan emisi karbon.4 Kedua, teknologi ini dapat diterapkan di kawasan perkotaan yang memiliki sistem drainase atau sungai kecil, menjadikannya solusi utama untuk kota-kota yang berupaya meningkatkan kualitas lingkungan hidupnya. Ketiga, sistem ini juga dilengkapi dengan teknologi filtrasi yang membantu membersihkan air sebelum dilepaskan kembali ke lingkungan, sehingga turut mendukung upaya konservasi air.

Maka, teknologi micro-hydro adalah salah satu langkah strategis untuk mewujudkan kota berkelanjutan yang ramah lingkungan. Dengan memanfaatkan potensi aliran air perkotaan, sistem ini tidak hanya memenuhi kebutuhan energi tetapi juga berkontribusi pada kualitas air yang lebih baik. Implementasi yang tepat dari teknologi ini dapat mendukung tujuan pembangunan berkelanjutan serta menciptakan lingkungan yang lebih hijau dan sehat untuk generasi mendatang.

Sistem Turbin Mikrohidro dengan Filtrasi Air

Sistem turbin mikrohidro dengan filtrasi air dirancang untuk memaksimalkan efisiensi dan keberlanjutan. Air yang masuk ke sistem ini pertama kali disaring melalui teknologi filtrasi untuk menghilangkan kotoran dan polutan, sehingga menghasilkan air bersih yang aman untuk dilepaskan kembali ke lingkungan.5 Selanjutnya, air yang telah bersih dialirkan melalui turbin untuk menghasilkan energi listrik. Proses ini memungkinkan pemanfaatan aliran air drainase secara optimal untuk menghasilkan listrik sekaligus menjaga kualitas air yang mengalir. Sistem ini mendukung konsep sirkularitas dalam pemanfaatan sumber daya, di mana air limbah tidak hanya dikelola, tetapi juga diubah menjadi sumber energi terbarukan yang bermanfaat.

Gambar 1. Gambaran umum sistem kontrol turbin mikrohidro.

.

Pada system ini, turbin ini adalah komponen inti yang berfungsi mengonversi energi kinetik dari aliran air menjadi energi mekanis. Ketika air mengalir dan menabrak baling-baling turbin, putaran yang dihasilkan menciptakan energi gerak yang biasa disebut energi mekanis. Dari turbin, energi mekanis kemudian diteruskan ke Generator. Generator ini berfungsi mengonversi energi mekanis menjadi energi listrik yang siap digunakan. Listrik yang dihasilkan oleh generator kemudian melewati Trafo Step-Up, yang berfungsi meningkatkan tegangan listrik agar sesuai dengan kebutuhan. Trafo ini memungkinkan listrik yang dihasilkan oleh turbin dapat didistribusikan dengan efisien ke berbagai perangkat. Setelah proses step-up, listrik dapat disalurkan ke Lampu Jalan Berbasis LED, yang dipilih karena efisiensinya yang tinggi dan konsumsi energi yang rendah. Dengan menggunakan lampu LED, sistem ini mampu memberikan penerangan yang optimal untuk jalan umum dengan energi yang minimal, mendukung prinsip keberlanjutan dalam pemanfaatan energi.

Gambar 2. Gambaran ilustrasi cara kerja turbin mikrohidro.

Salah satu aspek menarik dari sistem ini adalah fleksibilitasnya untuk diadaptasi dalam konteks perkotaan. Di area perkotaan, saluran drainase umumnya hanya digunakan sebagai jalur pembuangan air hujan atau air limbah menuju sungai atau laut, tanpa pemanfaatan tambahan. Sistem ini memberikan nilai tambah dengan mengonversi potensi aliran air tersebut menjadi sumber energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan untuk

kebutuhan masyarakat. Dengan teknologi ini, saluran air yang biasanya terabaikan kini dapat berperan penting dalam mendukung infrastruktur kota yang ramah lingkungan.

Analisis Data dan Penelitian Mikro Hydro Sistem

Sistem micro-hydro ini mencapai efisiensi filtrasi sebesar 90% dan efisiensi pembuangan puing hingga 90%, yang menunjukkan kemampuan sistem dalam menyaring kotoran dari aliran air perkotaan. Efisiensi tinggi ini penting untuk menjaga kelancaran operasional turbin dan mengurangi risiko kerusakan, sehingga memperpanjang durabilitas sistem hingga 5-10 tahun. Selain itu, dengan adanya filtrasi yang baik, sistem ini mampu meningkatkan kualitas air sebesar 80%, sehingga air yang dialirkan kembali ke lingkungan memiliki tingkat polutan yang lebih rendah. Peningkatan kualitas air ini tidak hanya mendukung keberlanjutan lingkungan, tetapi juga membantu menjaga ekosistem perkotaan.

Gambar 3. Gambaran hubungan antara laju aliran air dan output daya.

Dari segi energi, sistem ini mampu menghasilkan listrik sebesar 1000 W, dengan daya yang cukup untuk mendukung hingga 16 lampu jalan yang masing-masing membutuhkan daya 30 W. Dengan jumlah ini, lampu jalan berbasis LED dapat dinyalakan selama 10 jam setiap harinya, yang cukup untuk memenuhi kebutuhan penerangan jalan umum di malam hari. Grafik yang menunjukkan hubungan antara laju aliran air dan output daya menggambarkan bahwa peningkatan laju aliran air secara langsung meningkatkan daya yang dihasilkan oleh turbin. Pada laju aliran 1.5 m³/s, sistem ini berada dalam kisaran optimal untuk menghasilkan daya yang cukup besar, sesuai dengan kebutuhan listrik lampu jalan.

Keberhasilan sistem ini dalam memanfaatkan aliran air perkotaan juga berkontribusi terhadap pengurangan emisi karbon sebesar 2000 kg CO₂ per tahun. Hal ini terjadi karena sistem mikro hydro ini menggunakan sumber energi terbarukan, yang menggantikan kebutuhan energi berbasis fosil untuk penerangan jalan. Pengurangan emisi ini mendukung Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDG) 13 terkait aksi iklim, di mana energi yang dihasilkan oleh sistem ini tidak menghasilkan gas rumah kaca atau polutan udara lainnya.

Selain itu, frekuensi pemeliharaan sistem yang hanya empat kali per tahun menunjukkan bahwa sistem ini memiliki tingkat keandalan yang tinggi dan memerlukan sedikit intervensi untuk tetap berfungsi optimal. Durabilitas dan kebutuhan pemeliharaan yang rendah menjadikan sistem ini sebagai pilihan ekonomis untuk investasi infrastruktur kota yang berkelanjutan.

Tabel 1. Tabel kinerja sistem mikrohidro.

.

Secara keseluruhan, analisis data ini menunjukkan bahwa sistem mikrohydro tidak hanya berfungsi sebagai sumber energi terbarukan yang efisien, tetapi juga memberikan manfaat lingkungan melalui peningkatan kualitas air dan pengurangan polusi karbon. Implementasi sistem ini di lingkungan perkotaan memiliki potensi besar untuk menyediakan energi berkelanjutan bagi penerangan jalan sekaligus membantu menjaga lingkungan yang lebih bersih dan sehat bagi Masyarakat.

DAFTAR PUSTAKA

Jurnal

IEA. (2020). World Energy Outlook 2020. International Energy Agency.

Abbasi, S. A., & Abbasi, N. (2011). Small hydro and the environmental implications of its extensive utilization. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(4), 2134-2143.

Fritsche, U., Sims, R., & Monti, A. (2019). Small Hydropower for Sustainable Development. Springer.

Twidell, J., & Weir, T. (2015). Renewable and Sustainable Energy Reviews. Elsevier.

Spellman, F. R. (2013). Wastewater Treatment Technologies. CRC Press.

Desmiwarman, & Yandri, V. R. (2015). Pemilihan tipe generator yang cocok untuk PLTMH Desa Guo, Kecamatan Kuranji, Kota Padang. Jurnal Teknik Elektro ITP, 4(1), Januari 2015.

Koehuan V., Yusuf Rumbino, (2009). Analisis Unjuk Kerja Turbin Air Tipe Aliran Silang (Cross Flow) Dan Aplikasinya, Buletin Teknologi, Vol 06 No. 2, september 2009, hal 68-75.

Internet

Zhang, Y.; Tang, W.; Duffield, C.; Zhang, L.; Hui, F. Environment Management of Hydropower Development: A Case Study. Energies 2021, 14, 2029. [CrossRef]

Zeleˇnáková, M.; Fijko, R.; Diaconu, D.C.; Remeˇnáková, I. Environmental Impact of Small Hydro Power Plant—A Case Study. Environments 2018, 5, 12. [CrossRef]

Niroj, D.; Radha, K.S.; Sajjan, S.; Sanam, M.; Shree, R.S.; Ajay, K.J. Performance Analysis of Booster based Gravitational Water Vortex Power Plant. J. Inst. Eng. 2020, 15, 90–96. [CrossRef]

Bao, N.T.; Haechang, J.; Jun-Ho, K.; Jin-Soon, P.; Changjo, Y. Effects of Tip Clearance Size on Energy Performance and Pressure Fluctuation of a Tidal Propeller Turbine. Energies 2020, 13, 4055. [CrossRef]

Bao, N.T.; Jun-ho, K. Design and Analysis of A Pico Propeller Hydro Turbine Applied in Fish Farms using CFD and Experimental Method. J. Korean Soc. Mar. Environ. Saf. 2019, 25, 373–380. [CrossRef]

Vu, V. L. , Z. Chen and Y. D. Choi(2018), Design and performance of a pico propeller hydro turbine model, J. Fluid Machinery, Vol. 21, No. 3, pp. 44-51. [CrossRef]